Ultraspurenbstimmung von Fluorbenzoesäuren in Hochsalinen Matrizes mittels massenspektrometrischer Isotopenverdünnungsanalyse
Müller, Karsten - Philipps-Universität Marburg (2013)
Im Rahmen dieser Disseration wurde eine Methode zum Nachweis von Fluorbenzoesäuren im Ultraspurenbereich in komplexen, wässrigen Probenmatrizes unter Verwendung der Isotopenverdünnungsanalyse bei Einsatz von Gaschromatographie oder Ionenchromatographie mit massenselektiver Detektion entwickelt.
Um mögliche Störeinflüsse der Probenmatrix zu minimieren und die Analyten gleichzeitig anzureichern, wurde eine zuvor von mir entwickelte Festphasenextraktion weiter optimiert und charakterisiert. Für die notwendige Auftrennung des Analytgemisches, welches aus der Festphasenextraktion erhalten wurde, wurden zwei chromatographische Methoden entwickelt.
Im Fall der Gaschromatographie wurde eine Synthese entwickelt und optimiert, welche die quantitative Bildung der Methylester nach der SPE im Mikromaßstab durch Verwendung von BF3 * MeOH direkt im GC-Vial bei 64°C innerhalb von 24 Stunden ermöglicht. Erst die leichtflüchtigen Ester eignen sich für den Einsatz in der Gaschromatographie. Für ihre Trennung wurde eine GC-Säule mit Dimethylpolysiloxanfunktionalisierung mit 50 % Phenylanteil gewählt und ein Temperaturgradient zur bestmöglichen Trennung bei minimaler Laufzeit ausgearbeitet. Eine Charakterisierung der Fragmentierungsmuster nach Elektronenstoßionisation verhalf bei der anschließenden Erstellung einer SIM-Methode, um die instrumentelle Nachweisgrenze zu verbessern und den Matrixeinfluss weiter zu minimieren.
Im Fall der Ionenchromatographie wurde nach einem Screening unterschiedlicher Trennsäulentypen mit verschiedenen Funktionalisierungen und einem Vergleich verschiedener Eluentionen und -konzentrationen und Variation des Modifieranteil und der Trenntemperatur die optimale, isokratische Trennmethode ausgearbeitet. Der Einsatz einer 250 mm langen Trennsäule des Latex-Typs in Kombination mit einem 0,63 mM Natriumcarbonateluent und 18% Acetonitril als organischem Modifier bei einer Säulentemperatur von 45°C ergab unter isokratischen Bedingungen die bestmögliche Trennung. Bei der zur massenselektiven Detektion nötigen Bildung von Ionen wurde die Elektrosprayionisation eingesetzt. Zur Charakterisierung des Ionisationsverhaltens der Säuren im Elektrospray und darauf aufbauend zur Verbesserung der instrumentellen Nachweisgrenze durch einen höchstmöglichen Ionisationsgrad wurden die Bedingungen hinsichtlich Kapillar- und Fragmentorspannung und Sprayzusammensetzung untersucht. Die abschließende Entwicklung einer SIM-Methode analog zur Gaschromatographie komplettierte die Methodenentwicklung und ergab eine höchstmögliche Empfindlichkeit bei simultaner Minimierung von Störeinflüssen.
Zur Isotopenmarkierung von Fluorbenzoesäuren wurde eine kostengünstige und schnelle H/D-Austauschreaktion realisiert, die auf den Einsatz eines Katalysator verzichtet. Allein durch eine im Ölbad, Trockenschrank oder in der Synthesemikrowelle thermisch induzierte, elektrophile aromatische Substitution in konzentrierter D2SO4 gelang ein Austausch der aromatischen Protonen durch Deuterium. Am Beispiel von sechs Fluorbenzoesäuren wurden die Parameter Reaktionszeit und Reaktionstemperatur optimiert, um eine höchstmögliche Reinheit in einer Einzelreaktion bei einem minimalen Massenshift von +2 g/mol zu erreichen.
Zum Abschluss wurde die Eignung der isotopenmarkierten Fluorbenzoesäuren in den einzelnen Methodenteilen SPE, Veresterung mit BF3 * MeOH, gaschromatographische Trennung, Elektronenstoßionisation, ionenchromatographische Trennung und Elektrosprayionisation geprüft und eine Isotopenverdünnungsanalyse in Realproben durchgeführt.